CN103023128A - 一种用于ups服务器的电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种UPS电源系统，包括：第一变换器，其第一输入端用于接收第一电源，其第一输出端用于输出第一电压，该第一电源为直流电或交流电，该第一电压为一直流电压；第三变换器，其第三输入端用于接收第二电源，其第三输出端连接至第一输出端，该第二电源为直流电；以及第二变换器，其第二输入端连接至第一输出端和第三输出端，其输出与第一电压相对应的第二电压。采用本发明的电源系统，将第三变换器的输出端连接至第一变换器的输出端，以便将该第三变换器的直流输入转换为所需电压进而提供给第二变换器，可极大地提升UPS电源系统的工作效率。另外，第二变换器可采用隔离转换和同步整流设计，以便进一步地减少系统损耗。

Description

一种用于UPS服务器的电源系统
技术领域
本发明涉及UPS服务器，尤其涉及UPS服务器中的电源系统。
背景技术
UPS(Uninterruptable Power System，不间断电源)是一种含有储能装置，以整流器、逆变器为主要组成部分的稳压稳频交流电源，其主要利用诸如电池的储能装置在停电时给计算机/服务器、存储设备、网络设备等计算机、通信网络系统或工业控制系统以及需要持续运转的工业设备提供不间断的电力供应。例如，当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS相当于一交流电稳压器，同时它还对储能装置(如电池组)进行充电。当市电中断时，UPS立即将储能装置所储存的电能通过逆变转换的方法向负载继续供应交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。
对于UPS服务器来说，其所输出的电源一般为低电压、大电流的直流电源。因此，UPS服务器中的电源系统设计是非常关键的，具体来说，该电源系统中的UPS效率、输入功率因数、输入谐波电流含量以及逆变与旁路转换时间等都是十分重要的性能参数。在现有技术中，常见的一种解决方案是，将380V的三相交流电压输入至一高压电源供应器，该高压电源供应器由一AC/DC转换器以及一隔离型的DC/DC转换器串联连接而成，首先通过AC/DC转换器将380V的交流电压转换为直流电压，然后将该直流电压经过降压转换从而产生较低的直流电压。当采用DC PDU(Power Distribution Unit，电源分配单元)进行合理的调度后，即可得到所需的直流供电电压。
另一种解决方案是，将380V的三相交流电压经由一AC PDU进行合理的分配后，得到220V的单相交流电压并将其输入至一服务器电源供应器，该服务器电源供应器由一低压AC/DC转换器以及一隔离性DC/DC转换器串联连接而成。然而，从上述两种解决方案可知，现有的UPS均只能接受交流输入方式，而且用于蓄电功能的电池必须满足大容量的要求(如240VDC)。此外，现有的UPS由于经历了多次从交流转换为直流以及从直流转换为直流的环节，势必会造成UPS的效率下降，进而影响UPS的性能。
有鉴于此，如何设计一种更为高效的UPS服务器的电源系统，以消除或改进上述现有的不足或缺陷，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。
发明内容
针对现有技术UPS服务器的电源系统在使用时所存在的上述缺陷，本发明提供了一种用于UPS的电源系统，可以用于服务器电源供电系统。
依据本发明的一个方面，提供了一种UPS的电源系统，该电源系统包括：
一第一变换器，包括一第一输入端和一第一输出端，所述第一输入端用于接收一第一电源，以及所述第一输出端用于输出一第一电压，其中，所述第一电源为一直流电或一交流电，所述第一电压为一直流电压；
一第三变换器，包括一第三输入端和一第三输出端，所述第三输入端用于接收一第二电源，以及所述第三输出端电性连接至所述第一输出端，其中，所述第二电源为一直流电；以及
一第二变换器，包括一第二输入端和一第二输出端，所述第二输入端电性连接至所述第一输出端和所述第三输出端，并且所述第二输出端输出与所述第一电压相对应的一第二电压。
优选地，该电源系统还包括：一辅助电源模组，电性连接至所述第一输入端、所述第三输入端和所述第一输出端其中之一者，用于相应地接收所述第一电源、所述第二电源和所述第一电压其中之一者；以及一控制模组，电性连接至所述辅助电源模组，以接收来自所述辅助电源模组的供电电源。
优选地，该电源系统还包括：一变换器控制模组，具有三个输入端和三个输出端，所述三个输入端分别电性连接至所述第一变换器、第二变换器和第三变换器以接收它们各自的电信号，以及所述三个输出端分别输出与所述电信号相对应的控制信号。
优选地，该电源系统还包括：三个变换器控制模组，每一变换器控制模组的输入端分别电性连接至所述第一变换器、第二变换器和第三变换器以接收它们各自的电信号，以及所述每一变换器控制模组的输出端分别输出与所述电信号相对应的控制信号。更优选地，对应于所述第一变换器和所述第二变换器的控制方式为闭环控制，以及对应于所述第三变换器的控制方式为开环控制或闭环控制。
优选地，所述第三变换器为一PWM变换器或一谐振变换器。更优选地，所述第三变换器为谐振变换器，并且所述谐振变换器包括：一方波发生器，输出一方波；一谐振槽，电性连接至所述方波发生器；一变压器，具有一原边绕组和至少一副边绕组，所述原边绕组电性连接至所述谐振槽；以及一整流模组，电性连接至所述变压器的副边绕组，以对所述副边绕组的电压进行整流。
在一实施例中，所述方波发生器为一半桥方波发生器或一全桥方波发生器。在另一实施例中，所述谐振槽的谐振方式为串联谐振、并联谐振或LLC谐振。
优选地，所述第三变换器还包括一滤波模组，用于对所述第二电源进行滤波处理。在一实施例中，所述滤波模组还包括一EMI滤波器，用于对所述第二电源进行共模滤波和/或差模滤波。在另一实施例中，所述滤波模组还包括一浪涌电流检测装置，用于检测所述第二电源输入至所述第三输入端时的浪涌电流，并对所述第三变换器进行浪涌电流保护。在又一实施例中，所述滤波模组还包括一电压极性检测装置，用于检测所述第二电源的电压极性是否与所述第三输入端的端子极性相匹配，以便在所述第二电源的输入端接反时，对所述第三变换器进行保护。
优选地，所述第一变换器还包括一PFC电路，用于调整所述第一变换器的功率因数。更优选地，所述第一变换器为一交错式PFC电路，用于调整所述第一变换器的功率因数并且减少输出电压中的纹波成分。
优选地，所述第一变换器还包括一浪涌电流保护装置，用于在所述第一电源启动过程中检测瞬态浪涌电流，并对所述第一变换器进行浪涌电流保护。
优选地，所述第二变换器为一谐振变换器或一PWM变换器。更优选地，所述第二变换器为谐振变换器，并且所述谐振变换器包括：一方波发生器，用于输出一方波；一谐振槽，电性连接至所述方波发生器；一变压器，具有一原边绕组和至少一副边绕组，所述原边绕组电性连接至所述谐振槽；以及一整流模组，电性连接至所述变压器的副边绕组，以对所述副边绕组的电压进行整流。更优选地，所述第二变换器为一移相全桥变换器，并且所述移相全桥变换器包括：一移相方波发生器，用于输出一方波；一变压器，具有一原边绕组和一副边绕组，所述原边绕组电性连接至所述移相方波发生器的输出端；以及一同步整流模组，电性连接至所述副边绕组，以对所述变压器输出的电压进行同步整流。
根据本发明的又一个方面，提供了一种UPS的电源系统，该电源系统包括：
一第一变换器，包括一第一输入端和一第一输出端，所述第一输入端用于接收一第一电源，以及所述第一输出端用于输出一第一电压，其中，所述第一电源为一直流电或一交流电，所述第一电压为一直流电压；
一第三变换器，包括一第三输入端和一第三输出端，所述第三输入端用于接收一第二电源，以及所述第三输出端电性连接至所述第一输出端，其中，所述第二电源为一直流电；以及
至少一第二变换器，每一第二变换器包括：
一隔离单元，具有一第一隔离侧和一第二隔离侧，所述第一隔离侧电性耦接至所述第一输出端，以接收所述第一电压；以及
一同步整流模组，电性连接至所述第二隔离侧，用于对所述隔离单元输出的电压进行同步整流。
优选地，所述至少一第二变换器中的每一第二变换器经由一ORing场效应管电性连接至一输出总线，并且所述多个ORing场效应管由一ORing场效应管控制器进行控制，其中，所述ORing场效应管用于防止电流回灌至相应的第二变换器的第二输出端。
优选地，该电源系统还包括：一辅助电源模组，电性连接至所述第一输入端、所述第三输入端和所述第一输出端其中之一者，用于相应地接收所述第一电源、所述第二电源和所述第一电压其中之一者；以及一控制模组，电性连接至所述辅助电源模组，以接收来自所述辅助电源模组的供电电源。
优选地，该电源系统还包括：一变换器控制模组，具有三个输入端和三个输出端，所述三个输入端分别电性连接至所述第一变换器、第二变换器和第三变换器以接收它们各自的电信号，以及所述三个输出端分别输出与所述电信号相对应的控制信号。
优选地，该电源系统还包括：三个变换器控制模组，每一变换器控制模组的输入端分别电性连接至所述第一变换器、第二变换器和第三变换器以接收它们各自的电信号，以及所述每一变换器控制模组的输出端分别输出与所述电信号相对应的控制信号。更优选地，对应于所述第一变换器和所述第二变换器的控制方式为闭环控制，以及对应于所述第三变换器的控制方式为开环控制或闭环控制。
优选地，所述第一变换器还包括一PFC电路，用于调整所述第一变换器的功率因数。更优选地，所述第一变换器为一交错式PFC电路，用于调整所述第一变换器的功率因数并且减少输出电压中的纹波成分。
优选地，所述第一变换器还包括一浪涌电流保护装置，用于在所述第一电源启动过程中检测瞬态浪涌电流，对所述第一变换器进行浪涌电流保护。
根据本发明的再一个方面，提供了一种UPS的电源系统，该电源系统包括：
一第一变换器，包括一第一输入端和一第一输出端，所述第一输入端用于接收一第一电源，以及所述第一输出端用于输出一第一电压，其中，所述第一电源为一直流电或一交流电，所述第一电压为一直流电压；
一第三变换器，包括一第三输入端和一第三输出端，所述第三输入端用于接收一第二电源，以及所述第三输出端电性连接至所述第一输出端，其中，所述第二电源为一直流电；以及
一第二变换器，包括一第二输入端和一第二输出端，所述第二输入端电性连接至所述第一输出端和所述第三输出端，并且所述第二输出端输出与所述第一电压相对应的一第二电压，
其中，所述第三输出端输出的电压根据所述第三输入端所接收的直流电的变化而变化。
优选地，该电源系统还包括：一辅助电源模组，电性连接至所述第一输入端、所述第三输入端和所述第一输出端其中之一者，用于相应地接收所述第一电源、所述第二电源和所述第一电压其中之一者；以及一控制模组，电性连接至所述辅助电源模组，以接收来自所述辅助电源模组的供电电源。
优选地，该电源系统还包括：一变换器控制模组，具有三个输入端和三个输出端，所述三个输入端分别电性连接至所述第一变换器、第二变换器和第三变换器以接收它们各自的电信号，以及所述三个输出端分别输出与所述电信号相对应的控制信号。
优选地，该电源系统还包括：三个变换器控制模组，每一变换器控制模组的输入端分别电性连接至所述第一变换器、第二变换器和第三变换器以接收它们各自的电信号，以及所述每一变换器控制模组的输出端分别输出与所述电信号相对应的控制信号。
优选地，所述第三变换器为一谐振变换器。更优选地，所述谐振变换器包括：一方波发生器，输出一方波；一谐振槽，电性连接至所述方波发生器；一变压器，具有一原边绕组和至少一副边绕组，所述原边绕组电性连接至所述谐振槽；以及一整流模组，电性连接至所述变压器的副边绕组，以对所述副边绕组的电压进行整流。所述方波发生器为一半桥方波发生器或一全桥方波发生器。所述谐振槽的谐振方式为串联谐振、并联谐振或LLC谐振。
优选地，所述第三变换器还包括一滤波模组，用于对所述第二电源进行滤波处理。所述滤波模组还包括一EMI滤波器，用于对所述第二电源进行共模滤波和/或差模滤波。所述滤波模组还包括一浪涌电流检测装置，用于检测所述第二电源输入至所述第三输入端时的浪涌电流，并对所述第三变换器进行浪涌电流保护。所述滤波模组还包括一电压极性检测装置，用于检测所述第二电源的电压极性是否与所述第三输入端的端子极性相匹配，以便在所述第二电源的输入端接反时，对所述第三变换器进行保护。
根据本发明的再一个方面，提供了一种UPS的电源系统，包括：
一第一电源模组，包括：
一第一变换器，包括一第一输入端和一第一输出端，该第一输入端用于接收一第一电源，以及该第一输出端用于输出一第一电压，其中，所述第一电源为一直流电或一交流电，所述第一电压为一直流电压；以及
一第三变换器，电性耦接至所述第一变换器，用于接收一第二电源，其中，所述第二电源为一直流电；以及
一第二变换器，包括一第二输入端和一第二输出端，所述第二输入端电性连接至所述第一变换器的第一输出端，用于接收所述第一电压，以及所述第二输出端输出与所述第一电压相对应的一第二电压。
优选地，所述第一变换器还包括一滤波模组，用于对所述第一电源进行滤波处理。
优选地，所述第二电源为一电池。
优选地，所述UPS的电源系统为服务器供电。
优选地，所述第一变换器还包括一整流模组，其输入端电性连接至所述滤波模组的输出端，用于对滤波后的第一电源进行整流处理；以及其输出端电性连接至所述第三变换器。更优选地，所述第一变换器还包括一PFC电路，电性连接至所述整流模组的输出端和所述第三变换器，用于调整所述第一电源模组的功率因数。进一步，所述PFC电路为一交错式PFC电路，用于调整所述第一电源模组的功率因数并且减少电压中的纹波成分。
采用本发明的UPS的电源系统，通过第一变换器将所输入的交流电或直流电转换为高压直流电，并且通过第二变换器将该高压直流电转换为低压直流电，与此同时，将第三变换器的输出端电性连接至第一变换器的输出端，以便将该第三变换器的直流输入转换为所需电压进而提供给第二变换器，可极大地提升UPS电源系统的工作效率。另外，第二变换器可采用隔离转换和同步整流设计，以便进一步地减少系统损耗。另外，第三变换器可采用开环控制方式，使该第三变换器的输出跟随其输入的变化而变化，从而可调节输入至第二变换器的第一电压，以增强该电源系统的调节灵活性。
附图说明
读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，
图1示出依据本发明的一个方面的UPS的电源系统的结构框图；
图2示出图1中的电源系统的第一优选实施例的结构框图；
图3示出图1中的电源系统的第二优选实施例的结构框图；
图4示出图1中的电源系统的第三变换器的一优选实施例的结构框图；
图5示出图1中的电源系统的第三变换器的另一优选实施例的结构框图；
图6示出图1中的电源系统的第一变换器的PFC电路的电路示意图；
图7示出图1中的电源系统的第二变换器采用谐振变换器的的一具体实施例的电路示意图；
图8示出图1中的电源系统的第二变换器采用PWM变换器的一具体实施例的电路示意图；
图9示出依据本发明的另一个方面的UPS的电源系统的结构框图；
图10示出依据本发明的又一个方面的UPS的电源系统的结构框图；
图11示出依据本发明的再一个方面的UPS的电源系统的结构框图；以及
图12示出图11中的电源系统的第一电源模组的一具体实施例的结构框图。
具体实施方式
为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。
下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。
图1示出依据本发明的一个方面的UPS的电源系统的结构框图。参照图1，该电源系统包括一第一变换器11、一第二变换器12和一第三变换器13。该第一变换器11包括一第一输入端IN1和一第一输出端，其中，第一输入端IN1用于接收一第一电源，第一输出端经第一变换器11处理后输出一第一电压U1(如400V)。该第三变换器13包括一第三输入端IN2和一第三输出端，其中，第三输入端IN2用于接收一第二电源，第三输出端电性连接至第一输出端。需要特别指出的是，输入至第一变换器11的第一电源为一直流电或一交流电，输入至第三变换器13的第二电源为一直流电(如电池)。
第二变换器12包括一第二输入端和一第二输出端，其中，第二输入端电性连接至第一输出端和第三输出端，并且第二输出端输出与第一电压U1相对应的一第二电压U2(如12V)。由图1可知，当输入至第一变换器11的第一电源正常时，经由第一变换器11处理后，将交流形式或直流形式的第一电源转换为第一电压U1，然后通过第二变换器12将第一电压U1(通常为一较高数值的电压)变换为第二电压U2(通常为一较低数值的电压)。另一方面，当输入至第一变换器11的第一电源异常时，本发明的电源系统还可将第二电源输入至第三变换器13，经由第三变换器13处理后，将直流形式的第二电源转换为第一电压U1，然后通过第二变换器12将第一电压U1变换为第二电压U2，从而实现UPS服务器中的供电电源不间断。
本领域的技术人员应当理解，为了对变换器的输出电压有效地进行滤波处理，还可在第一变换器11的第一输出端跨接一电解电容，以及在第二变换器12的第二输出端跨接一电解电容。
图2示出图1中的电源系统的第一优选实施例的结构框图。参照图2，该电源系统还可包括一辅助电源模组14和一控制模组15。其中，辅助电源模组14的输入端CON电性连接至第一变换器11的第一输入端IN1、第三变换器13的第三输入端IN2和第一变换器11的第一输出端其中之一者，用于相应地接收第一电源、第二电源和第一电压U1其中之一者。例如，辅助电源模组14的输入端CON电性连接至第一变换器11的第一输入端IN1，经由变换处理后，该辅助电源模组14输出与第一电源相对应的直流电压，以用作控制模组15的供电电源。又如，辅助电源模组14的输入端CON电性连接至第一变换器11的第一输出端(或第三变换器13的第三输出端)，经由变换处理后，该辅助电源模组14输出与第一电压U1相对应的直流电压，以用作控制模组15的供电电源。
在一具体实施例中，该控制模组15为一变换器控制模组，其具有三个输入端和三个输出端，这些输入端分别电性连接至第一变换器11、第二变换器12和第三变换器13，以接收它们各自的电信号，诸如电压信号、电流信号或功率信号，而上述输出端分别输出与这些电信号相对应的控制信号。
图3示出图1中的电源系统的第二优选实施例的结构框图。参照图3，该电源系统还可包括三个变换器控制模组161、162和163，其中，每一变换器控制模组的输入端分别电性连接至第一变换器11、第二变换器12和第三变换器13以接收它们各自的电信号，以及每一变换器控制模组的输出端分别输出与这些电信号相对应的控制信号。例如，变换器控制模组161对应地控制第一变换器11，变换器控制模组162对应地控制第二变换器12，以及变换器控制模组163对应地控制第三变换器13。
在一具体实施例中，对应于第一变换器11的变换器控制模组161和第二变换器12的变换器控制模组162的控制方式均为闭环控制，以及对应于第三变换器13的变换器控制模组163的控制方式为开环控制或闭环控制。也就是说，对于第一变换器11和第二变换器12各自的电信号由相应的变换器控制模组的给定信号进行控制调节，而对于第三变换器13的电信号由变换器控制模组的给定信号进行控制调节或者第三变换器13的输出信号跟随第三变换器的输入信号变化而变化。
图4示出图1中的电源系统的第三变换器的一优选实施例的结构框图。在一具体实施例中，该电源系统的第三变换器可以是一PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)变换器。在另一具体实施例中，该电源系统的第三变换器也可以是一谐振变换器。参照图4，当第三变换器13采用谐振变换器来实现时，该谐振变换器包括一方波发生器430、一谐振槽432、一变压器434和一整流模组436。其中，方波发生器430用于输出一方波，例如，该方波发生器430可以为一半桥方波发生器，或者可以为一全桥方波发生器。谐振槽432电性连接至方波发生器，例如，该谐振槽432的谐振方式可以为串联谐振、并联谐振或LLC谐振。变压器434具有一原边绕组和至少一副边绕组，该原边绕组电性连接至谐振槽432，该副边绕组电性连接至整流模组436，以对副边绕组上所产生的电压进行整流。
图5示出图1中的电源系统的第三变换器的另一优选实施例的结构框图。类似于图4，本发明的电源系统的第三变换器13包括一方波发生器530、一谐振槽532、一变压器534和一整流模组536，本领域的技术人员应当理解，图5中的方波发生器530、谐振槽532、变压器534和整流模组536可采用与图4中的方波发生器430、谐振槽432、变压器434和整流模组436相同或相似的电路结构，为描述方便起见，此处不再赘述。
与图4不同，该第三变换器13还包括一滤波模组538，藉由该滤波模组538可对输入至第三变换器13的第二电源进行滤波处理。在一具体实施例中，该滤波模组538还包括一EMI(ElectroMagnetic Interference，电磁干扰)滤波器(图中未示)，用于对第二电源进行共模滤波和/或差模滤波。在另一具体实施例中，该滤波模组538还包括一浪涌电流检测装置(图中未示)，用于检测第二电源输入至第三变换器13的第三输入端时的浪涌电流，并对第三变换器13进行浪涌电流保护。
在又一具体实施例中，该滤波模组538还包括一电压极性检测装置(图中未示)，用于检测第二电源的电压极性是否与第三输入端的端子极性相匹配，以便在第二电源的输入端接反时，对第三变换器13进行保护。具体来说，第二电源具有一正极和一负极，第三输入端具有一正极端子和一负极端子，当第二电源的正极连接至第三输入端的正极端子，以及第二电源的负极连接至第三输入端的负极端子时，第三变换器13正常工作，以将该第二电源变换为第一电压。当第二电源的正极连接至第三输入端的负极端子，以及第二电源的负极连接至第三输入端的正极端子时，此时，藉由该电压极性检测装置可检测到第二电源的正负极出现接反现象，从而对第三变换器13进行保护。
图6示出图1中的电源系统的第一变换器的PFC(Power FactorCorrection，功率因数校正器)电路的电路示意图。该第一变换器11还包括一PFC电路，用于调节该第一变换器11的功率因数。较佳地，该第一变换器11为一交错式PFC电路，在调节该第一变换器11的功率因数的同时，还可减少输出电压中的纹波成分。
以下简要描述交错式PFC电路的工作原理，其在原来放置单个较大功率的PFC电路处并行放置两个较小功率(其各自功率均为单个PFC电路功率的一半)的PFC，如，图6中的第一PFC电路(电感元件L1、二极管D1和功率开关S2构成)和第二PFC电路(电感元件L2、二极管D2和功率开关S1构成)。这两个较小功率的PFC电路以180°的相移工作，它们的输出波形叠加时，每一PFC电路的电流纹波的主要部分将予以抵消，从而达到减少输出中的纹波成分的功效。
在一具体实施例中，第一变换器11还包括一浪涌电流保护装置(图中未示)，用于在第一电源启动过程中检测瞬态浪涌电流，并对第一变换器11进行浪涌电流保护。
图7示出图1中的电源系统的第二变换器采用谐振变换器的的一具体实施例的电路示意图。对于电源系统的第二变换器12，其可以采用一谐振变换器的谐振结构，也可采用一PWM变换器的脉宽调制结构。参照图7，该谐振变换器包括一方波发生器720、一谐振槽722、一变压器724和一整流模组726。其中，方波发生器720采用全桥式方波发生器，第一桥臂由功率开关Q1和Q3构成，第二桥臂由功率开关Q2和Q4构成，其第一桥臂和第二桥臂的输出端分别连接至谐振槽722，以便将所述方波信号送至该谐振槽722。谐振槽724电性连接至方波发生器720，例如，可采用LLC谐振方式，即，由电感元件Lr和Lm以及电容Cr构成，电感元件Lr与电容Cr串联连接，并且电感元件Lm与电容Cr以及方波发生器720中的第二桥臂的输出端电性连接。
变压器724具有一原边绕组和至少一副边绕组，该原边绕组电性连接至谐振槽722，该副边绕组电性连接至整流模组726，以对副边绕组上所产生的电压进行整流。其中，变压器724包括两个副边绕组，其一绕组的一端电性连接至功率开关Q5，另一绕组的一端电性连接至功率开关Q6，并且这两个绕组的共同端电性连接至电容C2，从而构成一整流模组，以便对变压器的输出电压进行同步整流。由上述可知，采用谐振变换器方式来设计第二变换器12时，其方波发生器720输入端的输入电压Vin可设置为一较宽的电压范围，并对其进行方波输出、谐振处理、隔离以及整流操作，进而输出经同步整流后的直流电压。
图8示出图1中的电源系统的第二变换器采用PWM变换器的一具体实施例的电路示意图。参照图8，该第二变换器12为一移相全桥变换器，并且该移相全桥变换器包括一移相方波发生器820、一变压器824和一同步整流模组826。其中，移相方波发生器820包括第一电路(由功率开关S1和S2、电容C1C和C2C以及二极管VD1和VD2构成)和第二电路(由功率开关S3和S4、电容C3C和C4C、二极管VD3和VD4、电容Cb和电感LS构成)。移相方波发生器820输出一方波电压信号至变压器824的原边绕组，并且变压器824的副边绕组与同步整流模组826电性连接，以便对其副边绕组上的电压进行同步整流。由上述可知，采用PWM变换器方式来设计第二变换器12，当移相方波发生器820输入端的输入电压Uos设置为一特定的输入电压时，经由该移相方波发生器820产生的方波输出信号更加稳定，从而也提升第二变换器12的工作效率。
图9示出依据本发明的另一个方面的UPS的电源系统的结构框图。参照图9，该电源系统包括一第一变换器91、第二变换器921和922、一第三变换器93。该第一变换器91包括一第一输入端IN1和一第一输出端，其中，第一输入端IN1用于接收一第一电源，第一输出端经第一变换器91处理后输出一第一电压U1(如400V)。该第三变换器93包括一第三输入端IN2和一第三输出端，其中，第三输入端IN2用于接收一第二电源，第三输出端电性连接至第一输出端。在此，输入至第一变换器91的第一电源为一直流电或一交流电，输入至第三变换器93的第二电源为一直流电(如电池)。
第二变换器921包括隔离单元9211和同步整流模组9212，以及第二变换器922包括隔离单元9221和同步整流模组9222，其中，隔离单元9211的输出端连接至同步整流模组9212的输入端，隔离单元9221的输出端连接至同步整流模组9222的输入端，并且第二变换器921和922各自的输入端均电性连接至第一变换器91和第三变换器93各自的输出端，以接收该第一电压U1。
以第二变换器921为例，其隔离单元9211具有一第一隔离侧和一第二隔离侧，该第一隔离侧电性耦接至第一变换器91的第一输出端和第三变换器93的第三输出端。例如，该隔离单元9211为一变压器。同步整流模组9212电性连接至隔离单元9211的第二隔离侧，用于对隔离单元9211输出的电压进行同步整流。
在一具体实施例中，第二变换器921和922中的每一第二变换器经由一ORing场效应管(图中未示)电性连接至一输出总线，并且这些ORing场效应管由一ORing场效应管控制器进行控制，其中，ORing场效应管用于防止电流回灌至相应的第二变换器的第二输出端。例如，一ORing场效应管设置于第二变换器921的输出端，以防止电流回灌至该第二变换器921，另一ORing场效应管设置于第二变换器922的输出端，以防止电流回灌至该第二变换器922。
类似于图1，图9中的电源系统也可包括一辅助电源模组和一控制模组。该辅助电源模组电性连接至第一变换器91的第一输入端、第三变换器93的第三输入端和第一变换器91的第一输出端其中之一者，用于相应地接收第一电源、第二电源和第一电压U1其中之一者。该控制模组电性连接至辅助电源模组，以接收来自辅助电源模组的供电电源。
本领域的技术人员应当理解，图1中的其他优选实施例的第一、第二和/或第三变换器的电路结构或变换器控制模组如可适用于图9，也应当包含在图9所示的电源系统的优选实施例中，并且以引用方式引用于此。
图10示出依据本发明的又一个方面的UPS的电源系统的结构框图。参照图10，该电源系统包括一第一变换器101、一第二变换器102和一第三变换器103。该第一变换器101包括一第一输入端IN1和一第一输出端，其中，第一输入端IN1用于接收一第一电源，第一输出端经第一变换器101处理后输出一第一电压U1(如400V)。该第三变换器103包括一第三输入端IN2和一第三输出端，其中，第三输入端IN2用于接收一第二电源，第三输出端电性连接至第一输出端。在此，输入至第一变换器101的第一电源为一直流电或一交流电，输入至第三变换器103的第二电源为一直流电(如电池)，并且，第三变换器103的第三输出端输出的电压根据其第三输入端所接收的直流电的变化而变化。由于第三变换器103的第三输出端输出的电压根据其第三输入端所接收的直流电的变化而变化，因而第一变换器101的输出电压与第三变换器103的输出电压有可能不同。通过在第一输出端与第三输出端之间设置一单向二极管D1，可防止来自第一输出端的输出电压传送至第三变换器103的第三输出端。
第二变换器102包括一第二输入端和一第二输出端，其第二输入端电性连接至第一变换器101的第一输出端和第三变换器103的第三输出端，并且第二变换器102的第二输出端输出与第一电压U1相对应的第二电压U2。
类似于图1，图10中的电源系统也可包括一辅助电源模组和一控制模组。该辅助电源模组电性连接至第一变换器101的第一输入端、第三变换器103的第三输入端和第一变换器101的第一输出端其中之一者，用于相应地接收第一电源、第二电源和第一电压U1其中之一者。该控制模组电性连接至该辅助电源模组，以接收来自辅助电源模组的供电电源。
图11示出依据本发明的再一个方面的UPS的电源系统的结构框图。参照图11，该电源系统包括一第一电源模组M1和一第二变换器112。该第一电源模组M1包括一第一变换器111和一第三变换器113。该第一变换器111包括一第一输入端IN1和一第一输出端，其中，第一输入端IN1接收一第一电源，第一输出端经第一变换器111处理后输出一第一电压U1(如400V)。该第三变换器113包括一第三输入端IN2，其中，该第三变换器113电性耦接至第一变换器111，并且该第三输入端IN2接收一第二电源。在此，输入至第一变换器111的第一电源为一直流电或一交流电，输入至第三变换器113的第二电源为一直流电(如电池)。较佳地，该UPS的电源系统为服务器供电。
第二变换器112包括一第二输入端和一第二输出端，其第二输入端电性连接至第一变换器111的第一输出端，用于接收所述第一电压U1，其第二输出端输出与第一电压U1相对应的第二电压U2。
图12示出图11中的电源系统的第一电源模组的一具体实施例的结构框图。参照图12，第一变换器111包括一滤波模组1111、一整流模组1113和一PFC电路1115。其中，滤波模组1111用于对第一电源进行滤波处理。整流模组1113的输入端电性连接至滤波模组1111的输出端，用于对滤波后的第一电源进行整流处理，以及整流模组1113的输出端电性连接至第三变换器113。
PFC电路1115电性连接至整流模组1113的输出端以及第三变换器113，用于调整第一电源模组M1的功率因数。较佳地，该PFC电路1115为一交错式PFC电路，通过该交错式PFC电路来调整第一电源模组M1的功率因数的同时，还可减少第一电源模组所输出的电压中的纹波成分。此外，由图12还可看出，第一变换器111中的PFC电路1115不仅可以对第一变换器111自身的整流模组1113整流后的电压进行处理，以调整第一变换器的功率因数，而且还可调节第三变换器113所输出电压中的纹波成分，进而调整第三变换器的功率因数。
本领域的技术人员应当理解，图1中的其他优选实施例的第一、第二和/或第三变换器的电路结构或变换器控制模组如可适用于图10，也应当包含在图10所示的电源系统的优选实施例中，并且以引用方式引用于此。
采用本发明的UPS的电源系统，通过第一变换器将所输入的交流电或直流电转换为高压直流电，并且通过第二变换器将该高压直流电转换为低压直流电，与此同时，将第三变换器的输出端电性连接至第一变换器的输出端，以便将该第三变换器的直流输入转换为所需电压进而提供给第二变换器，可极大地提升UPS电源系统的工作效率。另外，第二变换器可采用隔离转换和同步整流设计，以便进一步地减少系统损耗。另外，第三变换器可采用开环控制方式，使该第三变换器的输出跟随其输入的变化而变化，从而可调节输入至第二变换器的第一电压，以增强该电源系统的调节灵活性。
上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims (47)

1.一种UPS(Uninterruptable Power System，不间断电源)的电源系统，其特征在于，所述电源系统包括：
一第一变换器，包括一第一输入端和一第一输出端，所述第一输入端用于接收一第一电源，以及所述第一输出端用于输出一第一电压，其中，所述第一电源为一直流电或一交流电，所述第一电压为一直流电压；
一第三变换器，包括一第三输入端和一第三输出端，所述第三输入端用于接收一第二电源，以及所述第三输出端电性连接至所述第一输出端，其中，所述第二电源为一直流电；以及
一第二变换器，包括一第二输入端和一第二输出端，所述第二输入端电性连接至所述第一输出端和所述第三输出端，并且所述第二输出端输出与所述第一电压相对应的一第二电压。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，还包括：
一辅助电源模组，电性连接至所述第一输入端、所述第三输入端和所述第一输出端其中之一者，用于相应地接收所述第一电源、所述第二电源和所述第一电压其中之一者；以及
一控制模组，电性连接至所述辅助电源模组，以接收来自所述辅助电源模组的供电电源。
3.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，还包括：
一变换器控制模组，具有三个输入端和三个输出端，所述三个输入端分别电性连接至所述第一变换器、第二变换器和第三变换器以接收它们各自的电信号，以及所述三个输出端分别输出与所述电信号相对应的控制信号。
4.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，还包括：
三个变换器控制模组，每一变换器控制模组的输入端分别电性连接至所述第一变换器、第二变换器和第三变换器以接收它们各自的电信号，以及所述每一变换器控制模组的输出端分别输出与所述电信号相对应的控制信号。
5.根据权利要求4所述的电源系统，其特征在于，对应于所述第一变换器和所述第二变换器的控制方式为闭环控制，以及对应于所述第三变换器的控制方式为开环控制或闭环控制。
6.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述第三变换器为一PWM变换器或一谐振变换器。
7.根据权利要求6所述的电源系统，其特征在于，所述第三变换器为谐振变换器，并且所述谐振变换器包括：
一方波发生器，输出一方波；
一谐振槽，电性连接至所述方波发生器；
一变压器，具有一原边绕组和至少一副边绕组，所述原边绕组电性连接至所述谐振槽；以及
一整流模组，电性连接至所述变压器的副边绕组，以对所述副边绕组的电压进行整流。
8.根据权利要求7所述的电源系统，其特征在于，所述方波发生器为一半桥方波发生器或一全桥方波发生器。
9.根据权利要求7所述的电源系统，其特征在于，所述谐振槽的谐振方式为串联谐振、并联谐振或LLC谐振。
10.根据权利要求6所述的电源系统，其特征在于，所述第三变换器还包括一滤波模组，用于对所述第二电源进行滤波处理。
11.根据权利要求10所述的电源系统，其特征在于，所述滤波模组还包括一EMI滤波器，用于对所述第二电源进行共模滤波和/或差模滤波。
12.根据权利要求10所述的电源系统，其特征在于，所述滤波模组还包括一浪涌电流检测装置，用于检测所述第二电源输入至所述第三输入端时的浪涌电流，并对所述第三变换器进行浪涌电流保护。
13.根据权利要求10所述的电源系统，其特征在于，所述滤波模组还包括一电压极性检测装置，用于检测所述第二电源的电压极性是否与所述第三输入端的端子极性相匹配，以便在所述第二电源的输入端接反时，对所述第三变换器进行保护。
14.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述第一变换器还包括一PFC电路，用于调整所述第一变换器的功率因数。
15.根据权利要求14所述的电源系统，其特征在于，所述第一变换器为一交错式PFC电路，用于调整所述第一变换器的功率因数并且减少输出电压中的纹波成分。
16.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述第一变换器还包括一浪涌电流保护装置，用于在所述第一电源启动过程中检测瞬态浪涌电流，并对所述第一变换器进行浪涌电流保护。
17.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述第二变换器为一谐振变换器或一PWM变换器。
18.根据权利要求17所述的电源系统，其特征在于，所述第二变换器为谐振变换器，并且所述谐振变换器包括：
一方波发生器，用于输出一方波；
一谐振槽，电性连接至所述方波发生器；
一变压器，具有一原边绕组和至少一副边绕组，所述原边绕组电性连接至所述谐振槽；以及
一整流模组，电性连接至所述变压器的副边绕组，以对所述副边绕组的电压进行整流。
19.根据权利要求17所述的电源系统，其特征在于，所述第二变换器为一移相全桥变换器，并且所述移相全桥变换器包括：
一移相方波发生器，用于输出一方波；
一变压器，具有一原边绕组和一副边绕组，所述原边绕组电性连接至所述移相方波发生器的输出端；以及
一同步整流模组，电性连接至所述副边绕组，以对所述变压器输出的电压进行同步整流。
20.一种UPS(Uninterruptable Power System，不间断电源)的电源系统，其特征在于，所述电源系统包括：
一第一变换器，包括一第一输入端和一第一输出端，所述第一输入端用于接收一第一电源，以及所述第一输出端用于输出一第一电压，其中，所述第一电源为一直流电或一交流电，所述第一电压为一直流电压；
一第三变换器，包括一第三输入端和一第三输出端，所述第三输入端用于接收一第二电源，以及所述第三输出端电性连接至所述第一输出端，其中，所述第二电源为一直流电；以及
至少一第二变换器，每一第二变换器包括：
一隔离单元，具有一第一隔离侧和一第二隔离侧，所述第一隔离侧电性耦接至所述第一输出端，以接收所述第一电压；以及
一同步整流模组，电性连接至所述第二隔离侧，用于对所述隔离单元输出的电压进行同步整流。
21.根据权利要求20所述的电源系统，其特征在于，所述至少一第二变换器中的每一第二变换器经由一ORing场效应管电性连接至一输出总线，并且所述多个ORing场效应管由一ORing场效应管控制器进行控制，其中，所述ORing场效应管用于防止电流回灌至相应的第二变换器的第二输出端。
22.根据权利要求20所述的电源系统，其特征在于，还包括：
一辅助电源模组，电性连接至所述第一输入端、所述第三输入端和所述第一输出端其中之一者，用于相应地接收所述第一电源、所述第二电源和所述第一电压其中之一者；以及
一控制模组，电性连接至所述辅助电源模组，以接收来自所述辅助电源模组的供电电源。
23.根据权利要求20所述的电源系统，其特征在于，还包括：
一变换器控制模组，具有三个输入端和三个输出端，所述三个输入端分别电性连接至所述第一变换器、第二变换器和第三变换器以接收它们各自的电信号，以及所述三个输出端分别输出与所述电信号相对应的控制信号。
24.根据权利要求20所述的电源系统，其特征在于，还包括：
三个变换器控制模组，每一变换器控制模组的输入端分别电性连接至所述第一变换器、第二变换器和第三变换器以接收它们各自的电信号，以及所述每一变换器控制模组的输出端分别输出与所述电信号相对应的控制信号。
25.根据权利要求24所述的电源系统，其特征在于，对应于所述第一变换器和所述第二变换器的控制方式为闭环控制，以及对应于所述第三变换器的控制方式为开环控制或闭环控制。
26.根据权利要求20所述的电源系统，其特征在于，所述第一变换器还包括一PFC电路，用于调整所述第一变换器的功率因数。
27.根据权利要求26所述的电源系统，其特征在于，所述第一变换器为一交错式PFC电路，用于调整所述第一变换器的功率因数并且减少输出电压中的纹波成分。
28.根据权利要求20所述的电源系统，其特征在于，所述第一变换器还包括一浪涌电流保护装置，用于在所述第一电源启动过程中检测瞬态浪涌电流，对所述第一变换器进行浪涌电流保护。
29.一种UPS(Uninterruptable Power System，不间断电源)的电源系统，其特征在于，所述电源系统包括：
一第一变换器，包括一第一输入端和一第一输出端，所述第一输入端用于接收一第一电源，以及所述第一输出端用于输出一第一电压，其中，所述第一电源为一直流电或一交流电，所述第一电压为一直流电压；
一第三变换器，包括一第三输入端和一第三输出端，所述第三输入端用于接收一第二电源，以及所述第三输出端电性连接至所述第一输出端，其中，所述第二电源为一直流电；以及
一第二变换器，包括一第二输入端和一第二输出端，所述第二输入端电性连接至所述第一输出端和所述第三输出端，并且所述第二输出端输出与所述第一电压相对应的一第二电压，
其中，所述第三输出端输出的电压根据所述第三输入端所接收的直流电的变化而变化。
30.根据权利要求29所述的电源系统，其特征在于，还包括：
一辅助电源模组，电性连接至所述第一输入端、所述第三输入端和所述第一输出端其中之一者，用于相应地接收所述第一电源、所述第二电源和所述第一电压其中之一者；以及
一控制模组，电性连接至所述辅助电源模组，以接收来自所述辅助电源模组的供电电源。
31.根据权利要求29所述的电源系统，其特征在于，还包括：
一变换器控制模组，具有三个输入端和三个输出端，所述三个输入端分别电性连接至所述第一变换器、第二变换器和第三变换器以接收它们各自的电信号，以及所述三个输出端分别输出与所述电信号相对应的控制信号。
32.根据权利要求29所述的电源系统，其特征在于，还包括：
三个变换器控制模组，每一变换器控制模组的输入端分别电性连接至所述第一变换器、第二变换器和第三变换器以接收它们各自的电信号，以及所述每一变换器控制模组的输出端分别输出与所述电信号相对应的控制信号。
33.根据权利要求29所述的电源系统，其特征在于，所述第三变换器为一谐振变换器。
34.根据权利要求33所述的电源系统，其特征在于，所述谐振变换器包括：
一方波发生器，输出一方波；
一谐振槽，电性连接至所述方波发生器；
一变压器，具有一原边绕组和至少一副边绕组，所述原边绕组电性连接至所述谐振槽；以及
一整流模组，电性连接至所述变压器的副边绕组，以对所述副边绕组的电压进行整流。
35.根据权利要求34所述的电源系统，其特征在于，所述方波发生器为一半桥方波发生器或一全桥方波发生器。
36.根据权利要求34所述的电源系统，其特征在于，所述谐振槽的谐振方式为串联谐振、并联谐振或LLC谐振。
37.根据权利要求29所述的电源系统，其特征在于，所述第三变换器还包括一滤波模组，用于对所述第二电源进行滤波处理。
38.根据权利要求37所述的电源系统，其特征在于，所述滤波模组还包括一EMI滤波器，用于对所述第二电源进行共模滤波和/或差模滤波。
39.根据权利要求37所述的电源系统，其特征在于，所述滤波模组还包括一浪涌电流检测装置，用于检测所述第二电源输入至所述第三输入端时的浪涌电流，并对所述第三变换器进行浪涌电流保护。
40.根据权利要求37所述的电源系统，其特征在于，所述滤波模组还包括一电压极性检测装置，用于检测所述第二电源的电压极性是否与所述第三输入端的端子极性相匹配，以便在所述第二电源的输入端接反时，对所述第三变换器进行保护。
41.一种UPS(Uninterruptable Power System，不间断电源)的电源系统，其特征在于，所述电源系统包括：
一第一电源模组，包括：
一第一变换器，包括一第一输入端和一第一输出端，所述第一输入端用于接收一第一电源，以及所述第一输出端用于输出一第一电压，其中，所述第一电源为一直流电或一交流电，所述第一电压为一直流电压；以及
一第三变换器，电性耦接至所述第一变换器，用于接收一第二电源，其中，所述第二电源为一直流电；以及
一第二变换器，包括一第二输入端和一第二输出端，所述第二输入端电性连接至所述第一变换器的第一输出端，用于接收所述第一电压，以及所述第二输出端输出与所述第一电压相对应的一第二电压。
42.根据权利要求41所述的电源系统，其特征在于，所述第一变换器还包括一滤波模组，用于对所述第一电源进行滤波处理。
43.根据权利要求42所述的电源系统，其特征在于，所述第一变换器还包括一整流模组，其输入端电性连接至所述滤波模组的输出端，用于对滤波后的第一电源进行整流处理；以及其输出端电性连接至所述第三变换器。
44.根据权利要求43所述的电源系统，其特征在于，所述第一变换器还包括一PFC电路，电性连接至所述整流模组的输出端和所述第三变换器，用于调整所述第一电源模组的功率因数。
45.根据权利要求44所述的电源系统，其特征在于，所述PFC电路为一交错式PFC电路，用于调整所述第一电源模组的功率因数并且减少电压中的纹波成分。
46.根据权利要求41所述的电源系统，其特征在于，所述UPS的电源系统用于给服务器供电。
47.根据权利要求41所述的电源系统，其特征在于，所述第二电源为一电池。
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